1国内电袋混合除尘器的现状
目前国内几乎所有电袋混合改造项目的改造方式是保留(或改造)原电除尘器的第一电场作为预除尘单元，而将后几个电场改造成长袋脉冲喷吹式袋除尘器作为稳定除尘单元，以此达到降低排放、延长后部箱室滤袋寿命的目的。此种技术方案源自EPRI(美国电力研究协会)在20世纪80年代末期提出的COHPAC方案，即紧缩混合型除尘器方案。它的基本思路就是在原有的电除尘器下游再增加一台袋除尘器，用以捕获电除尘器未能除去的细微粉尘，以达到进一步减少排放的目的。可以看出，与国内目前采用的以袋除尘器为主的除尘方式相比，COHPAC方案是一种以电除尘器除尘为主，以袋除尘器除尘为辅的电袋混合除尘方式。虽然他们的侧重点不同，但是他们的思路是相同的。
这种改造方式是可行的，但是可否实施却需要一个先决条件，那就是原电除尘器的体积足够大，可以在满足其风量要求的情况下，同时容纳电除尘器和袋除尘器这两个单元。它的这个先决条件致使国内很多水泥企业因为其电除尘器体积不够大而只能选择将电除尘器改造为纯袋除尘器。
本文主要介绍美国两种电袋混合除尘器技术：Apitron和DOE，及在Apitron基础上进化而来的MAX-9。这两种技术国内不常见，但在国外已有应用，都可用于空间不大的电除尘器改造，希望能给业界同行起到开阔思路和抛砖引玉的作用。
2美国两种电袋混合除尘器技术
2.1Apitron形式
Apitron电袋混合除尘器技术由SRI(美国南方研究所)于1970年研发成功，并在同年由美国精密工业公司制造出原型。第一代的Apitron电袋混合除尘器，使用的是预荷电脉冲喷吹清灰法，具体结构是在装好滤袋的袋笼中间沿其轴向放置一根电晕线，与接地的袋笼组成阴极和阳极，该方向进入滤袋的粉尘首先被接地的阳极(袋笼)所捕集，剩余的粉尘由滤袋过滤。但是由于这种结构在高压电晕放电时极易损害到滤袋，终被放弃。这是迄今已知最早的电袋混合结构。
第二代的Apitron电袋混合除尘器技术在第一代的基础上改进而来。它的构成方式是将电晕线和积尘装置(一般由钢板和圆管构成)组成的电除尘单元串联在滤袋的下端，并与滤袋下口相连。需要注意的是，这里滤袋的安装方式不同于传统的脉冲喷吹袋除尘器中滤袋开口向上的方式，而是将滤袋开口向下安装，即花板位于滤袋下端(类似于早期在国内窑头、窑尾广泛使用的反吹风式大布袋除尘器的滤袋和花板结构)，并直接与电除尘单元相连接。这里的滤袋是内滤式而不是通常所见的外滤式。相应的，喷吹机构也移至下端的袋口处。含尘气体从灰斗进入除尘器后向上流动，先经过电除尘单元，部分粉尘会在静电场作用下附着在圆管电极上，余下的粉尘继续向上进入滤袋内部过滤，过滤后的干净气体从滤袋外表面透出，最终排放掉。清灰时，脉冲阀的一次喷吹气流由圆管电极上方射出，清除附着在滤袋内侧的粉尘，而由一次喷吹气流带动的除尘器内部气体形成的二次气流以及一次气流的反流又可清除电晕线和积尘装置上附着的粉尘，以达到清灰的目的。
第二代的Apitron电袋混合除尘器技术于1977年至1978年被试验性应用，据美国环境保护局EPA公布的测试数据，Apitron的除尘效率在99.90%～99.94%之间，特别对于大小在0.2～1μm颗粒物的捕集率达到99.9950%～99.9994%。相比较于袋式喷吹除尘器，Apitron在同等负荷的情况下，设备阻力大幅降低，在增加风量使Apitron与袋式喷吹除尘器达到同阻力的情况下，Apitron的过滤风速可上升至2.4 m/min，并且可以在此风速下稳定运行。
针对以上结论，我们分析Apitron之所以能够具有低阻、高过滤风速的使用特性，其原因如下：
1)粉尘由一次过滤变成了二次过滤，滤袋过滤部分的负荷减少，有利于提高过滤风速和降低阻力;
2)由于电除尘单元的存在，致使粉尘带有电荷，这就使得粉尘形成的粉饼结构较为疏松，增加了透气率，降低了滤袋的阻力;
3)试验用的Apitron除尘器，其滤袋都采用覆膜工艺制造，覆膜表面能大幅降低粉尘的附着率，而疏松的粉饼其本身附着率也很低，受外力极容易脱落，也减少了滤袋的负荷。
2.2MAX-9形式
MAX-9也属于Apitron形式。第二代Apitron的不足在于，滤袋与电除尘单元的串联结构使得滤袋直接与电除尘单元相连，在高浓度粉尘的环境下，有可能产生放电火花而损坏滤袋，且这种结构更换滤袋时也较为麻烦。于是经过多年的改进和试验，在美国环境保护局的授权下，由美国通用公司GE于2003年制造出了Apitron的升级产品MAX-9。GE公司将产品命名为MAX-9，意思是除尘的效率为99.999……%，以显示它的高除尘效率。
如图1和图2所示，MAX-9的设计思路与第一代Apitron相似，但是将原先伸入袋笼口内的电晕线移到了滤袋的两侧，这样两根电晕线与一个袋笼组成一个电除尘单元，袋笼作为阳极集尘装置，电晕线作为阴极放电装置。工作时含尘气体由灰斗进入收尘箱体，到达滤袋位置，在静电作用下，粉尘向袋笼聚集，附着在滤袋表面。因为粉尘都带有同一电荷，之间产生互斥作用，它们附着在滤袋表面后形成结构松散的粉饼，在滤袋外膜上一部分粉饼(主要由细小的粉尘构成)可不经由其他外力而只在本身重力影响下自然脱落，颗粒稍大的粉尘则由滤袋过滤。由于MAX-9的工作电流较低，这就意味着即使在高浓度的情况下出现放电火花，火花的能量也很低，不至于损害到滤袋。
2006年MAX-9形式的电袋混合除尘器由美国GE公司应用在RWC(Royal White Cement)水泥位于Florida州Lake Park的一条3000t/d生产线的窑头，其具体参数见表1。这台除尘器采用每条滤袋配备两根电极的组合方式，气布比达到了3.05m3/m2/min，运行阻力为300Pa左右，仅为普通袋除尘器的1/4,标态排放浓度低于10mg/m3，特别是对极细微粉尘(PM2.5)的捕集率提高了80%～90%。2009年后，MAX-9形式先后被Phoenix Cement Company应用在其Arizona州Clarkdale的两条生产线上，RWC应用于其Virginia州Chesapeake的一条生产线上，均取得了很好的使用效果。
MAX-9的这种设计和结构，完全继承了Apitron技术的所有优点，改进了Apitron技术的不足，可以认为是一项成熟的技术。它可以实施在空间体积较小的电除尘器改造上，并且由于其可承受较高的过滤风速，实际使用的滤袋数量大大下降，只需常规袋除尘器25%～30%滤袋即可保证运行与达标排放，实际上一次性投资并没有明显增加，但是后续维护费用却能大大降低，值得在国内推广。
2.3DOE形式
DOE技术是在美国能源局主持下，美国GORE出资和协助，由美国北达科他大学研发的一种电袋混合除尘器技术。该技术于20世纪90年代中期开始研发，在1998年基本成型。DOE的设计思路不再是由单个电除尘单元与单个滤袋串联构成单个电袋混合结构，它采用一排电除尘元件与一排滤袋交错排布组成并联的方式，如图3和图4所示，与每排滤袋间隔的积尘板，考虑到火花放电损害到滤袋以及减少设备的运行阻力，使用了开孔钢板制作，开孔率为45%。工作时含尘气体经过积尘板时，大部分粉尘被其捕集，少量剩余粉尘则通过板上的孔洞到达滤袋处被滤袋捕集。每块积尘板都设置定时振打装置，其振打周期与滤袋的喷吹周期错开，这样在滤袋喷吹时，滤袋表面附着的粉尘产生的二次扬尘可被积尘板吸附，而在积尘板振打时产生的扬尘又可被滤袋捕集。
DOE电袋混合除尘器于1999年在意大利水泥制造商公司SACCI进行了试验运行，试验数据见表2。在使用覆膜滤袋的情况下，稳定工作时其可承受的过滤风速达到3.35~3.66m/min，设备阻力为1500~1800Pa。采用在线清灰方式，清灰周期可保持在20min以上，除尘效率≥99.99%。
试验成功后，DOE技术被美国CEMEX公司广泛使用，在2000年至2002年期间，其旗下Taxes州Harlingen、Laredo、Houston等地的多条生产线窑头和窑尾均使用了DOE形式的电袋混合除尘器，Georgia州的Rockmart一条生产线也使用了此电袋混合除尘器，效果稳定。其中Rockmart生产线DOE除尘器的滤袋使用已超过5年，标态排放浓度始终稳定在5～8mg/m3，效果相当理想。
3Apitron与DOE技术的比较
综上所述，Apitron技术除尘器的特点是结构紧凑、占用空间相对较小，高压电源能耗低，电场强度低。正是基于以上特点，决定了Apitron更适合用来捕集较为细小的粉尘;而DOE技术的除尘器占用空间略多，高压电源能耗也相对较高，这些换来的是其一级电除尘的效率也很高，这种电袋并联的方式使得它在处理高浓度粉尘时有着独特的优势。这两种电袋混合的技术形式，在国外已经相当成熟，且普遍用于排放浓度标准低于10mg/m3的场合。随着我国对排放浓度的要求日益提高，以及国产滤料技术的改进，电袋混合技术终将在国内得到推广和应用。
作者单位：合肥水泥研究设计院
文章摘自《水泥》杂志2015年第3期
